JP4256117B2 - Method for producing titanium-based perovskite ceramic raw material powder - Google Patents

Method for producing titanium-based perovskite ceramic raw material powder Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電体、オプトエレクトニクス材、誘電体、半導体、センサー等の機能性セラミックの原料として有用なチタン系ペロブスカイト型セラミック原料粉末の製造方法に関するものであり、詳しくは、ABO型ペロブスカイトのAサイトにCa、Ba、Sr又はPbが配置され、BサイトにTiが配置されるチタン系ペロブスカイト型セラミック原料粉末の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、ABO型ペロブスカイト型セラミック原料の製造方法としては、下記の方法が代表的に用いられている。
(1)各成分元素の酸化物粉末を混合し、この混合物を高温に加熱して固相反応を行う方法。
(2)各成分元素のイオンを含む水溶液中に蓚酸を滴下して各成分元素を蓚酸塩として共沈させ、この蓚酸塩を熱分解する方法。
(3)各成分元素のアルコキシドの混合物を加水分解して共沈させ、この共沈加水分解物を熱分解する方法。
【0003】
前記(1)の方法は、例えば、原料のBaCO粉末とTiO粉末とを湿式混合し、乾燥後、900〜1200℃程度の温度で焼成し、BaCO粒子とTiO粒子とを固相で化学反応させ、チタン酸バリウム粉末を得る方法である。しかし、原料のBaCOとTiOが均一に混合されていないと、混合物中に、Baが多くTiが少ない部分やBaが少なくTiが多い部分といったいわゆる不均一な部分が形成されるため、焼成して得られるチタン酸バリウムは、不均一な部分ごとにチタン酸バリウム粒子の粒成長が異なり、生成されるチタン酸バリウム粉末の粒径のバラツキが大きくなるという問題がある。
【0004】
また、前記(2)の共沈法により得られる共沈物は粒径が数十μmと大きいため、焼成すると硬い凝集粉末の集合体になり易く、また、多量に使用するシュウ酸を再利用できないためコストが高くなるという問題がある。
【0005】
さらに、前記(3)の共沈法は、各成分をアルコキシドとして利用するため品質良好なものが得られるが、排水処理や原料事情等により製造コストが高くなる等の問題がある。
【0006】
これらの問題に対し、例えば、特公平5−27570号公報には、品質が均一且つ低コストなチタン系ペロブスカイト型セラミック原料の製造方法として、酸化チタンを分散させたCa、Ba、Sr又はPbから選ばれた少なくとも1種の可溶性金属塩水性スラリー、重炭酸アンモニウム水溶液及びアンモニアとを混合して沈澱反応を行った後、焼成を行う方法が開示されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記製造方法で得られるチタン系ペロブスカイト型セラミック原料粉末であっても、近年の圧電体、オプトエレクトニクス材、誘電体、半導体、センサー等の機能性セラミックの原料として要求される高度な組成の均一性及び粒径のバラツキの少なさを充分に満たしていないという問題がある。
【0008】
従って、本発明の目的は、微細で且つ粒度のバラツキが少ないチタン系ペロブスカイト型セラミック粉体を低コストで製造できるチタン系ペロブスカイト型セラミック原料粉末の製造方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
かかる実情において、本発明者は、所定のチタン化合物(a)、所定の可溶性金属塩(b)、該可溶性金属塩(b)と反応して難溶性金属化合物(d)を生成する沈澱剤(c)及び粒状媒体(f)を、水中において粒状媒体(f)が高速で流動する状態で接触させ、前記チタン化合物(a)の粒子表面に前記難溶性金属化合物(d) が沈着した沈澱物(e)を得、該沈澱物(e)を焼成すれば、微細で且つ粒度のバラツキが少ないチタン系ペロブスカイト型セラミック原料粉末が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0010】
すなわち、本発明は、酸化チタン又は含水酸化チタンから選ばれ、配合量がTiに換算して0.01〜3モル/Lであるチタン化合物(a)と、Ca、Ba、Sr及びPbからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素の可溶性金属塩(b)と、該可溶性金属塩(b)と反応して難溶性金属化合物(d)を生成する沈澱剤(c)と、粒径が0.05〜10mm且つ反応装置内の充填率が40〜95%である粒状媒体(f)とを、水中において粒状媒体(f)が高速で流動する状態で接触させて沈澱物(e)を得る第一工程と、該沈澱物(e)を焼成しチタン系ペロブスカイト型セラミック原料粉末を得る第二工程とを含むことを特徴とするチタン系ペロブスカイト型セラミック原料粉末の製造方法を提供するものである。
【0011】
【発明の実施の形態】
第一工程は、チタン化合物(a)と、可溶性金属塩(b)と、沈澱剤(c)と、粒状媒体(f)とを、水中において粒状媒体(f)が高速で流動する状態で接触させ、沈澱物(e)を得る工程である。
【0012】
本発明で用いられるチタン化合物(a)は、酸化チタン又は含水酸化チタンである。ここで、酸化チタン又は含水酸化チタンとは、酸化チタンと含水酸化チタンとのいずれか一方又は両方の意味である。酸化チタンとしては、例えば、二酸化チタン、一酸化チタン、三酸化二チタン等が挙げられる。また、本発明において含水酸化チタンとは、硫酸法における二酸化チタンの中間生成物を意味し、このような含水酸化チタンとしては、例えば、メタチタン酸、オルトチタン酸が挙げられる。チタン化合物の粒径は、特に制限されるものでないが、微細のものが後述の第二工程における反応性が高くて好ましいため、レーザー法により求められる平均粒径が、好ましくは0.1〜2μm、さらに好ましくは0.1〜1μmである。チタン化合物(a)は、1種又は2種以上組み合わせて用いることができる。
【0013】
本発明で用いられる可溶性金属塩(b)は、Ca、Ba、Sr及びPbからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素の金属塩のうち可溶性のものである。ここで、可溶性とは、水に対して可溶性であることを意味し、水存在下では溶液を形成する。可溶性金属塩(b) としては、例えば、Ca、Ba、Sr又はPbの水酸化物、硝酸塩、塩化物及び硫化物等が挙げられる。可溶性金属塩(b)は1種又は2種以上組み合わせて用いることができる。
【0014】
本発明で用いられる沈澱剤(c)は、可溶性金属塩(b)と反応して後述の難溶性金属化合物(d)を生成するものである。沈澱剤(c)としては、例えば、炭酸水素アンモニウム、炭酸アンモニウム、炭酸ナトリウム、二酸化炭素、シュウ酸、シュウ酸アンモニウム、クエン酸、クエン酸ナトリウム、クエン酸アンモニウム、酒石酸、酒石酸ナトリウム及び酒石酸アンモニウム等が挙げられる。沈澱剤(c)は1種又は2種以上組み合わせて用いることができる。
【0015】
本発明において沈澱剤(c)と可溶性金属塩(b)が反応して生成する難溶性金属化合物(d)とは、可溶性金属塩(b)中に含まれるCa、Ba、Sr及びPbからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素の金属化合物であって且つ難溶性のものを意味する。ここで、難溶性とは、水に対して難溶性であることを意味する。難溶性金属化合物(d)としては、例えば、Ca、Ba、Sr又はPbの炭酸塩、シュウ酸塩、クエン酸塩、酒石酸塩等が挙げられる。また、難溶性金属化合物(d)は、上記のものを1種又は2種以上含むものであってもよい。
【0016】
本発明において粒状媒体(f)としては、耐酸性や耐アルカリ性等の耐薬品性、耐水性、非反応性、延性、非破壊性を有する高速流動可能な粒状物が用いられる。ここで、非反応性とは、チタン化合物(a)、可溶性金属塩(b)、沈澱剤(c)、難溶性金属化合物(d)、沈澱物(e)及び後述の可溶性化合物(g)との間で反応性を有しないことをいう。このような粒状媒体(f)としては、例えば、セラミックスビーズ、樹脂ビーズ等が挙げられる。また、セラミックスビーズとしては、例えば、ジルコニアビーズ、アルミナビーズ、シリカビーズ、炭化ケイ素、窒化ケイ素等が挙げられる。
【0017】
粒状媒体(f)の形状は、例えば、球状、紡錘状、円柱状、不定形状等が挙げられる。このうち、球状であると、チタン化合物(a)の粒子表面に析出した難溶性金属化合物(d)に対し高速流動の際に略一定の剪断力や摩擦力を付与でき、得られるチタン系ペロブスカイト型セラミック原料粉末が微細で粒径のバラツキが少なくなり易いため好ましい。
【0018】
粒状媒体(f)の粒径は、通常、0.05〜10mm、好ましくは0.1〜3mmである。粒状媒体(f)の径が0.05mm未満であると、粒状媒体(f)と同一系内にある沈澱物(e)とのメディア分離装置等による機械的分離が困難になり易いため好ましくなく、一方、粒状媒体(f)の径が10mmを越えると、微細で且つ粒度のバラツキが少ないチタン系ペロブスカイト型セラミック粉体を得られ難くなると共に、高速で流動させる処理が長時間必要になりエネルギー効率が低下し易いため好ましくない。本発明において、粒状媒体(f)は上記のうち1種又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
【0019】
第一工程は、上記のチタン化合物(a)、可溶性金属塩(b)、沈澱剤(c)及び粒状媒体(f)を、水中において粒状媒体(f)が高速で流動する状態で接触させ、沈澱物(e)を得るものである。
【0020】
本発明において、粒状媒体(f)が高速で流動する状態とは、粒状媒体(f)が最大周速度0.1〜25m/s、好ましくは1〜20m/sであることを意味する。なお、最大周速度が0.1m/s未満であると、粒状媒体(f)の析出する難溶性金属化合物(d)への剪断力が不足して微細な難溶性金属化合物(d)の粒子が得られ難くなり、これにより微細な難溶性金属化合物(d)がチタン化合物(a)の粒子表面に均一に沈着したチタン系ペロブスカイト型セラミック原料粉末が得られ難くなるため好ましくない。また、最大周速度が25m/sを越えると、粒状媒体(f)自体の摩耗により沈澱物(e)を含むスラリーを汚染し易いと共に、剪断力と摩擦熱のエネルギー効率が低下し易いため好ましくない。
【0021】
本発明において、粒状媒体(f)の反応装置内の充填率は、通常40〜95%、好ましくは60〜95%、さらに好ましくは70〜90%である。ここで、充填率とは、内部に水や粒状媒体(f)等を装入しない空の状態における反応装置内の空間のうち、攪拌機等の高速流動手段を除いた実質的な空間の容積に対して粒状媒体(f)の見かけ体積の占める比率を意味する。ここで見かけ体積とは、粒状媒体(f)同士の間に生じる空間をも含んだ粒状媒体(f)全体の外形が占める体積をいう。見かけ体積は、例えば、円筒状容器内に粒状媒体(f)を自然落下して充填し、上面を平らに均したときの粒状媒体(f)の高さと円筒状容器の底面積との積として求められる。粒状媒体(f)の充填率が該範囲内にあると、析出する難溶性金属化合物(d)に対する粒状媒体(f)の剪断力と摩擦力とを適切に管理することができるため好ましい。これに対し、充填率が95%を越えると媒体のロック現象が生じ駆動装置の過負荷になるため、また40%未満であると粒状媒体(f)の衝突確率が著しく低下してチタン系ペロブスカイト型セラミック原料粉末が微細化され難くなるため、それぞれ好ましくない。
【0022】
本発明において接触とは、水中において、チタン化合物(a)と可溶性金属塩(b)と沈澱剤(c)との存在下で、これらと粒状媒体(f)とが接触する状態、すなわち、水中において(a)、(b)、(c)及び(f)の4者が接触する状態を意味する。なお、可溶性金属塩(b)自体は通常固体であり、また沈澱剤(c) 自体は固体、液体又は気体の態様をとるが、水中においては、これらは溶解したり混合したり分散したりする態様をとる。本発明では、このように水に溶解等した後の態様での接触も、水中における可溶性金属塩(b)や沈澱剤(c)の接触という。
【0023】
接触させる際のチタン化合物(a)等の混合順序は、特に限定されるものでないが、例えば、チタン化合物(a)、可溶性金属塩(b)及び粒状媒体(f)を混合してスラリーとした後に、該スラリーと沈澱剤(c)とを、水中において粒状媒体(f)が高速で流動する状態で接触させる順序や、(a)、(b)、(c)、(f) 及び水を水中において粒状媒体(f)が高速で流動する状態になるように同時に混合する順序等が挙げられる。
【0024】
このうち、チタン化合物(a)及び可溶性金属塩(b)を含むスラリー(以下、「A液」ともいう。)を調製した後、A液と粒状媒体(f)とを混合し、該混合液を粒状媒体(f)が高速で流動する状態にした後に、該混合物に沈澱剤(c)を添加する順序を採用すると、生成する難溶性金属化合物(d)がチタン化合物(a)の粒子表面に均一に付着した高純度のセラミック原料粉末が得られるため好ましい。また、沈澱剤(c)を含む水溶液(以下、「B液」ともいう。)を調製し、前記A液と粒状媒体(f)とを混合し、該混合液を粒状媒体(f)が高速で流動する状態とした後に、該混合液にB液を添加する順序は、反応操作性が容易となるためさらに好ましい。
【0025】
接触の際における水、チタン化合物(a)、可溶性金属塩(b)及び沈澱剤(c)の合計量に対するチタン化合物(a)等の配合量は、チタン化合物(a)の配合量が、Tiに換算して、通常0.01〜3モル/L、好ましくは0.1〜2モル/Lである。また、上記チタン化合物(a)等の合計量に対する可溶性金属塩(b)の配合量は、Ca、Ba、Sr又はPbのうち実際に可溶性金属塩(b)中に含まれるものに換算したモル数の合計量が、通常0.01〜3モル/L、好ましくは0.1〜2モル/Lである。また、上記チタン化合物(a)等の合計量に対する沈澱剤(c)の配合量は、通常0.01〜5モル/L、好ましくは0.1〜3モル/Lである。
【0026】
また、接触をA液又はB液を用いて行う場合、A液中におけるチタン化合物(a)の配合量は、Tiに換算して、通常0.01〜3モル/L、好ましくは0.1〜1.7モル/Lである。また、A液中における可溶性金属塩(b)の配合量は、Ca、Ba、Sr又はPbのうち可溶性金属塩(b)中に含まれるものに換算した合計量が、通常0.01〜3モル/L、好ましくは0.1〜1.7モル/Lである。A液及びB液の濃度が上記範囲内にあると、反応性及び反応後のスラリーの操作性に優れ、さらにセラミック原料粉末の組成が均一になり易いため好ましい。また、B液中における沈澱剤(c)の配合量は、特に限定されない。
【0027】
接触方法としては、例えば、水とチタン化合物(a)等とからなるスラリーを反応装置内に連続的に供給し生成した沈澱物(e)を含むスラリーを逐次排出するように連続的に接触させる処理方法であってもよいし、沈澱物(e)の生成毎に反応容器内の沈澱物(e) を含むスラリーを入れ替えるいわゆるバッチ処理で断続的に接触させる処理方法であってもよい。
【0028】
また、接触時間は、通常30秒以上、好ましくは1〜10分である。接触時間が30秒未満であると、微細で且つ粒度のバラツキが少ないチタン系ペロブスカイト型セラミック粉体を得難いため好ましくない。また、生成するチタン系ペロブスカイト型セラミック粉体中の不純物を充分に除去するには、接触時間は、上記範囲内でなるべく長くすることが好ましい。
【0029】
また、接触温度は、通常0〜100℃、好ましくは20〜80℃、さらに好ましくは20〜50℃である。ここで、接触温度とは、チタン化合物(a)、可溶性金属塩(b)及び沈澱剤(c)の水中における接触時に存在する混合物全体の平均温度を意味する。接触温度が該範囲内であるときは接触処理温度がなるべく低いほど得られるチタン系ペロブスカイト型セラミック原料粉末の粒子径が小さくなるため好ましい。
【0030】
また、チタン化合物(a)、可溶性金属塩(b)又は沈澱剤(c)の2種以上が反応して、塩酸や硫化水素等の酸成分を副生するおそれがある場合は、必要により、チタン化合物(a)、可溶性金属塩(b)又は沈澱剤(c)の少なくとも1種にアルカリ剤を添加してもよい。アルカリ剤としては、水酸化ナトリウム、アンモニア等が挙げられる。アルカリ剤の添加量は、生成する難溶性金属化合物(d)に対して当量以上にすることが好ましい。ここで、当量とは、生成する難溶性金属化合物(d)とアルカリ剤との規定度が等しくなる量をいう。アルカリ剤を当量以上で添加すると、難溶性金属化合物(d)の生成の際に液のpHが7以上になるため、酸性領域で溶解し易い難溶性金属化合物(d)が溶解し難くなるため好ましい。
【0031】
アルカリ剤の添加方法の態様としては、例えば、チタン化合物(a)含有水性スラリーにアルカリ剤を添加する態様、可溶性金属塩(b)含有溶液にアルカリ剤を添加する態様、及び沈澱剤(c)含有溶液にアルカリ剤を添加する態様等が挙げられる。アルカリ剤の添加は、アルカリ剤と、上記チタン化合物(a)含有水性スラリー、可溶性金属塩(b)含有溶液又は沈澱剤(c)含有溶液等の原料液とを混合しても中和反応を生じない組み合わせにおいて行う。
【0032】
なお、原料液と混合して中和反応を生じる組み合わせとなる場合には、アルカリ剤の添加は、以下のようにして行えばよい。すなわち、原料の可溶性金属塩(b)とアルカリ剤とが中和反応を生じる場合は、例えば、アルカリ剤をチタン化合物(a) 含有水性スラリー又は沈澱剤(c)含有溶液のいずれかに添加する方法が挙げられる。また、沈澱剤(c)とアルカリ剤とが中和反応を生じる場合は、例えば、アルカリ剤をチタン化合物(a) 含有水性スラリー又は可溶性金属塩(b)含有溶液のいずれかに添加する方法が挙げられる。
【0033】
第一工程では、まず、水中において、可溶性金属塩(b)と沈澱剤(c)とが反応して難溶性金属化合物(d)を生成した後、該難溶性金属化合物(d)が粒状媒体(f)により剪断力及び摩擦力を加えられて微細化する。次いで、該微細化した難溶性金属化合物(d)がチタン化合物(a)の表面に沈着し、被覆チタン化合物を形成する。このため、第一工程で得られる沈澱物(e)は、該被覆チタン化合物を含むものであり、具体的には、被覆チタン化合物のみからなるもの、又は、チタン化合物(a)の表面に沈着せず遊離している微細化した難溶性金属化合物(d)と被覆チタン化合物との混合物である。沈澱物(e)は、適宜、濾過し、洗浄し、乾燥して、沈澱物(e)の固形物とすることが好ましい。沈澱物(e)は、第二工程に用いられる。
【0034】
第一工程で用いられる反応装置としては、粒状媒体(f)を、水中において粒状媒体(f)が高速で流動する状態で接触させることができる装置が挙げられ、例えば、反応容器と該反応容器内を攪拌する攪拌機とを有する混合攪拌装置(以下、「第1の反応装置」ともいう。)や、導入口及び排出口を備える反応容器と、該反応容器内を攪拌する攪拌機と、前記反応容器内に設けられ前記粒状媒体(f)を前記反応容器内に滞留させるメディア分離装置とを有する混合攪拌装置(以下、「第2の反応装置」ともいう。)等が挙げられる。第1の反応装置は接触処理をバッチ処理で断続的に行う場合に好適であり、第2の反応装置は接触処理を連続的に処理する場合に好適である。第2の反応装置としては、例えば、湿式分散粉砕装置が挙げられ、具体的にはビーズミル装置が挙げられる。なお、ビーズミル装置を用いる場合は、該装置に用いられるビーズとして上記粒状媒体(f)を用いる。
【0035】
ビーズミル装置について、図1を参照して具体的に説明する。図1は、ビーズミル装置の一例を模式的に示した図である。反応装置1は、攪拌主軸にスクリュータイプのインペラーが同軸に多数はめ込まれた構造の攪拌羽根部1bと、攪拌羽根部1bを駆動する攪拌羽根駆動部1eと、攪拌羽根部1bをインペラーの外周との間に微小隙間を有するように収裝すると共に攪拌羽根部1bと逆方向にインペラーより低速で回転する回転筒1aと、回転筒1aの入口側に設けられる導入口1g、1fと、回転筒1aの出口側に設けられる排出口1hと、回転筒1a内の排出口1h近傍に配置されるメディア分離装置1dとを具備するものである。メディア分離装置1dとしては、例えば、濾布、ギャップセパレーター、スクリーンセパレーター、遠心分離セパレーター等が用いられる。
【0036】
図1に示すビーズミル装置を用いて第一工程を連続的に接触処理する方法の好ましい例と第一工程における作用を具体的に説明する。まず、導入口1gとポンプP1を介して接続される第一原料貯蔵槽2にA液を貯蔵しておく。一方、導入口1fとポンプP2を介して接続される第二原料貯蔵槽3にはB液を貯蔵しておく。次に、導入口1gから回転筒1a内に粒状媒体(f)を装入した後、ポンプP1を用いて、A液を導入口1gから回転筒1a内に導入し、回転筒1a及び攪拌羽根部1bを駆動してA液と粒状媒体(f)との混合物を高速に流動させる。この際、混合物は、回転筒1a内の滞留時間が所定値を採ると共に、メディア分離装置1dで粒状媒体(f)とA液とに分離され、粒状媒体(f)は回転筒1a内に滞留し、A液は排出口1hから排出されるようにして、連続的に接触処理ができるようにしておく。ただし、排出口1hから排出されるA液は、接触後の沈澱物(e)を含むスラリーと混ざらないように図示しない生成物貯蔵槽4以外の槽に導入する。
【0037】
次に、排出口1hからの排出物が生成物貯蔵槽4に導入されるように排出口1hと生成物貯蔵槽4とを接続した後、この状態で第二原料貯蔵槽3中のB液を導入口1fから回転筒1a内に導入し、A液とB液とを粒状媒体(f)が高速で流動する状態で接触させると、回転筒1a内を通過する間に難溶性金属化合物(d)が析出し、さらに難溶性金属化合物(d)とチタン化合物(a)から沈澱物(e)が得られる。なお、難溶性金属化合物(d)は析出した瞬間から高速で流動する粒状媒体(f)により剪断力及び摩擦力を加えられて微細化するため、該微細化した難溶性金属化合物(d)がチタン化合物(a)の表面に沈着して、微細且つ粒径のバラツキの少ない被覆チタン化合物が形成される。
【0038】
第一工程で得られる沈澱物(e)は通常、被覆チタン化合物のみからなるものである。しかし、チタン化合物(a)の表面に沈着せず遊離している微細化した難溶性金属化合物(d)がある場合には、該微細化した難溶性金属化合物(d)も被覆チタン化合物と共に沈澱物(e)を形成する。なお、沈澱物(e)中に被覆チタン化合物と微細化した難溶性金属化合物(d)とが混在していても、第二工程での焼成時において被覆チタン化合物がチタン系ペロブスカイト型セラミック原料粉末に変性するときに、難溶性金属化合物(d)中の成分がチタン系ペロブスカイト型セラミック原料粉末中に取り込まれるため特に問題はない。また、仮に難溶性金属化合物(d)に由来する物質が焼成後にチタン系ペロブスカイト型セラミック原料粉末と遊離して残留していても、酸等で洗浄して除去することができるため特に問題はない。
【0039】
所定条件の接触処理終了後は、回転筒1a内において沈澱物(e)及び粒状媒体(f)を含む混合物が得られる。該混合物は、メディア分離装置1dで粒状媒体(f)と沈澱物(e)を含むスラリーとに分離され、粒状媒体(f)は回転筒1a内に滞留し、沈澱物(e)を含むスラリーは排出口1hから生成物貯蔵槽4に排出される。生成物貯蔵槽4中の沈澱物(e)を含むスラリーは、適宜、濾過、洗浄、乾燥して、沈澱物(e)の固形物を得る。沈澱物(e)の固形物は、第二工程に用いられる。
【0040】
また、第一工程において、接触処理を、希土類元素、Bi、Zn、Mn、Al、Co、V、Nb、Ni、Cr、Fe、Mg及びSiからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素の可溶性化合物(g)の存在下で行うと、セラミック原料粉末に耐還元性を付与し、得られるものの温度特性を調整すると共に、得られる製品の電気特性の信頼性をさらに向上させることができるため好ましい。ここで希土類元素とは、Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb及びLuからなる群から選ばれる少なくとも1種である。本発明で用いられる可溶性化合物(g)としては、例えば、これらの元素を含む水酸化物、硝酸塩、塩化物、硫化物塩、シュウ酸塩及びカルボン酸塩、並びに、シリカゾル及び珪酸ナトリウム等が挙げられる。可溶性化合物(g)は、これらの1種又は2種以上を組み合わせて用いることができる。第一工程において、可溶性化合物(g)と沈澱剤(c)とを接触させると、可溶性化合物(g)中の希土類元素、Bi等を含有することにより耐還元性、温度特性及び信頼性にさらに優れた高機能難溶性金属化合物(h)が生成し、該高機能難溶性金属化合物(h)が上記難溶性金属化合物(d)と共にチタン化合物(a)の表面に均一に沈着するため、セラミック原料粉末に耐還元性を付与し、温度特性を調整すると共に、セラミック原料粉末の上記信頼性をさらに向上させることができる。
【0041】
第一工程において、接触処理を可溶性化合物(g)の存在下で行うには、例えば、接触処理の際までに、可溶性化合物(g)を、チタン化合物(a)、可溶性金属塩(b)、沈澱剤(c)又は粒状媒体(f)の少なくとも1種と混合する方法が用いられる。接触させる際のチタン化合物(a)等と可溶性化合物(g)との混合順序は、特に限定されるものでない。しかし、チタン化合物(a)及び可溶性金属塩(b)にさらに可溶性化合物(g)を配合したスラリーにしてA液を調製すること以外は、可溶性化合物(g)を配合せずにA液を調製する場合と同様の順序にすると、可溶性化合物(g)を配合せずにA液を調製する場合と同様の理由のため好ましい。
【0042】
接触処理を可溶性化合物(g)の存在下で行う場合、接触の際における水、チタン化合物(a)、可溶性金属塩(b)、沈澱剤(c)及び可溶性化合物(g)の合計量に対する可溶性化合物(g)の配合量は、生成するセラミック原料粉末に必要な誘電特性に合わせて任意に設定することができ、希土類元素、Bi等の上記元素のうち実際に可溶性化合物(g)中に含まれるものに換算したモル数の合計量が、通常0.001〜0.1モル/L、好ましくは0.003〜0.05モル/Lである。また、上記チタン化合物(a)等の合計量に対するチタン化合物(a)、可溶性金属塩(b)及び沈澱剤(c)の配合量は、可溶性化合物(g)を配合しない場合の上記数値範囲と同様である。
【0043】
また、可溶性化合物(g)をA液に配合して、接触をA液又はB液を用いて行う場合、A液中における可溶性化合物(g)の配合量は、通常0.001〜0.1モル/L、好ましくは0.003〜0.05モル/Lである。また、A液中におけるチタン化合物(a)及び可溶性金属塩(b)の配合量は、可溶性化合物(g)を配合しない場合の上記数値範囲と同様である。また、B液中における沈澱剤(c)の配合量は、特に限定されない。
【0044】
接触処理を可溶性化合物(g)の存在下で行う場合の、接触方法、接触時間、接触温度、必要により配合されるアルカリ剤の種類、添加量や添加方法等は、接触処理を可溶性化合物(g)を配合せずに行う場合と同様である。
【0045】
第二工程は、第一工程で得た沈澱物(e)を焼成しチタン系ペロブスカイト型セラミック原料粉末を得る工程である。沈澱物(e)は焼成可能であればよく、水分を含んでいてもいなくてもよいが、濾過し、洗浄し、乾燥した後の水分が実質的になくなった固形物であると、効率よく焼成を行うことができるため好ましい。
【0046】
沈澱物(e)の焼成における焼成温度は、通常700〜1200℃、好ましくは900〜1100℃である。この理由は、焼成温度が700℃未満であると、チタン化合物(a)及び難溶性金属化合物(d)の熱分解が不充分であると共にペロブスカイト型結晶構造への転換が不充分となり易く、また、1200℃を越えると粒子成長により粉末が粗大化し易いため好ましくないからである。また、焼成時間は、通常1〜40時間、好ましくは5〜30時間である。なお、本発明においては、上記条件の焼成を何度繰り返して行ってもよい。焼成後、必要によりエアー式粉砕機等により粉砕すると、チタン系ペロブスカイト型セラミック原料粉末が得られる。
【0047】
また、必要により、第二工程終了後、酸で洗浄処理して、チタン系ペロブスカイト型セラミック原料粉末から遊離した過剰なCa、Ba、Sr又はPbの化合物を除去し、さらに、水洗、乾燥を行うと、純度の高いチタン系ペロブスカイト型セラミック原料粉末を得ることができる。
【0048】
かくして得られるチタン系ペロブスカイト型セラミック原料粉末は、ABO型ペロブスカイトのAサイトにCa、Ba、Sr又はPbが配置され、BサイトにTiが配置されるチタン系ペロブスカイト型セラミックの粉末である。また、本発明で得られるチタン系ペロブスカイト型セラミック原料粉末は、電子顕微鏡観察により求められる平均粒径xが、通常0.1〜1μm、好ましくは0.3〜0.8μmである。また、BET比表面積が1〜20m2/g、好ましくは2〜15m2/gである。また、粒度のバラツキσ/xが、通常0.1〜0.3、好ましくは0.15〜0.25であり、極めて粒度のバラツキが少ない。なお、σ/x中、σは標準偏差を示す。本発明で得られるチタン系ペロブスカイト型セラミック原料粉末は、上記性状を有するため、圧電体、オプトエレクトニクス材、誘電体、半導体、センサー等の電子部品用として好適である。
【0049】
本発明で得られるチタン系ペロブスカイト型セラミック原料粉末は、積層コンデンサの製造原料として使用することができる。例えば、まず、上記チタン系ペロブスカイト型セラミック原料粉末と、添加剤、有機系バインダ、可塑剤、分散剤等の従来公知の配合剤とを混合し分散させてスラリー化し、該スラリー中の固形物を成形してセラミックシートを得る。次にこのセラミックシートの一面に内部電極形成用導電ペーストを印刷し、乾燥後、複数枚のセラミックシートを積層し、次に厚み方向に圧着することにより積層体を形成する。さらに、この積層体を加熱処理して脱バインダ処理を行い、焼成して焼成体を得る。その後、この燒結体にIn―Gaペースト、Niペースト、Agペースト、ニッケル合金ペースト、銅ペースト、銅合金ペースト等を塗布して焼き付けることにより積層コンデンサを得ることができる。
【0050】
また、本発明で得られるチタン系ペロブスカイト型セラミック原料粉末は、例えば、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂等の樹脂に本発明で得られたチタン酸バリウム又はチタン酸バリウム誘電体を配合し、樹脂シート、樹脂フィルム、接着剤等としてプリント配線板や多層プリント配線板等の材料に好適に用いることができる。また、前記セラミック原料粉末は、EL素子の誘電体材料、内部電極と誘電体層との収縮差を抑制するための共材、電極セラミックス回路基板やガラスセラミックス回路基板の基材及び回路周辺材料の原料、排ガス除去や化学合成等の反応時に使用される触媒、帯電防止効果やクリーニング効果を付与する印刷トナーの表面改質材等として好適に用いることができる。
【0051】
【実施例】
以下、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【0052】
実施例1
<第一工程>
脱塩水500Lに塩化バリウム(BaCl・2HO)110.0kgを溶解させた後に、二酸化チタン微粉末(東邦チタニウム株式会社、品名;HT0510、平均粒径0.49μm)36.3kgを混合分散させたものをA液とした。一方、脱塩水500Lに25%アンモニア水36.8kg及び重炭酸アンモニウム44kgを溶解したものをB液とした。粒状媒体として用いるビーズを装入したビーズミル装置(アシザワ株式会社、型式;パールミルRL型)にA液を470ml/minの流量で供給し、更にB液をビーズミル装置に490ml/minの流量で供給し、20℃で反応を行った。なお、ビーズミル装置の処理条件は、下記のとおりである。
・ベッセル有効量;5L
・使用ビーズ;ジルコニア(粒径:1mm)
・ビーズ充填率;85%
・ビーズ充填量;15kg
・攪拌羽根;ディスクタイプ
・ディスク周速;10m/秒
・処理時間;2分
【0053】
次いで、フィルタープレスにより濾過して回収した沈殿物を約1000Lの脱塩水で洗浄した後、箱型乾燥機により120℃で36時間乾燥を行った。次に、乾燥品をロールミルで粉砕した。
【0054】
<第二工程>
第一工程後の粉砕品をシャトルキルンに装入し1000℃で17時間焼成した。次に、焼成物をロールミルで粉砕し、更にジェットミルで微粉砕して焼成品を得た。得られた焼成品を蛍光X線分析装置で分析したところTiO;34.2重量%、BaO;65.8重量%の組成を有し、X線回折法により得られた焼成品がチタン酸バリウムであることを確認した。また、焼成品について、平均粒径x、BET比表面積及び粒子径のバラツキσ/xを求めた。結果を表1に示す。なお、平均粒径xはサンプルを倍率20000倍で電子顕微鏡観察したときに任意に抽出した粒子200個以上の粒径を測定したときの平均値である。また、σは標準偏差である。
【0055】
実施例2
<第一工程>
脱塩水500Lに塩化バリウム(BaCl・2HO)を103.3kg及び塩化ストロンチウム(SrCl・6HO)11.0kgを完全に溶解させた後に、二酸化チタン(東邦チタニウム株式会社、品名;HT0510、平均粒径0.49μm)37.2kgを混合分散させたものをA液とした。一方、脱塩水500Lに25%アンモニア水40.0kg及び重炭酸アンモニウム48.1kgを溶解したものをB液とした。次に、A液を480ml/の流量で実施例1と同じ条件に設定したビーズミル装置に供給し、更にB液をビーズミル装置に500ml/minの流量で供給し、20℃で反応を行った。次いで、フィルタープレスにより濾過して回収した沈殿物を約1000Lの脱塩水で洗浄した後、箱型乾燥機により120℃で36時間乾燥を行った。次に、乾燥品をロールミルで粉砕した。
【0056】
<第二工程>
第一工程後の粉砕品をシャトルキルンに装入し1000℃で17時間焼成した。次に、焼成物をロールミルで粉砕し、更にジェットミルで微粉砕して焼成品を得た。得られた焼成品を蛍光X線分光装置で分析したところTiO;34.2重量%、BaO;60.4重量%、SrO;4.54重量%の組成を有し、X線回折法により得られた焼成品は(Ba0.9・Sr0.1)TiOのジルコン酸バリウム・ストロンチウムであることを確認した。焼成品について、平均粒径x、BET比表面積及び粒子径のバラツキσ/xを求めた。結果を表1に示す。
【0057】
実施例3
脱塩水500Lに塩化カルシウム(CaCl・2HO)114.4kgを溶解させた後、二酸化チタン(東邦チタニウム株式会社、品名;HS0510、平均粒径0.49μm)微粉末62.0kgを混合分散させたものをA液とした。一方、脱塩水500Lに25%アンモニア水63kg及び重炭酸アンモニウム75.6kgを溶解したものをB液とした。次に、A液を500ml/minの流量で実施例1と同じ条件に設定したビーズミル装置に供給し、更にB液をビーズミル装置に550ml/minの流量で供給し、20℃で反応を行った。次いで、フィルタープレスにより濾過して回収した沈殿物を約1000Lの脱塩水で洗浄した後、箱型乾燥機により120℃で36時間乾燥を行った。次に、乾燥品をロールミルで粉砕した。
【0058】
<第二工程>
第一工程後の粉砕品をシャトルキルンに装入し1100℃で17時間焼成した。次に、焼成物をロールミルで粉砕し、更にジェットミルで微粉砕して焼成品を得た。得られた焼成品を蛍光X線分析装置で分析したところTiO;58.76重量%、CaO;41.12重量%の組成を有し、X線回折法により得られた焼成品はCaTiOのチタン酸カルシウムであることを確認した。焼成品について、平均粒径x、BET比表面積及び粒子径のバラツキσ/xを求めた。結果を表1に示す。
【0059】
実施例4
<第一工程>
脱塩水500Lに塩化バリウム(BaCl・2HO)110.0kgを溶解させた後に、硫酸法二酸化チタンの製造における中間生成物である硫酸チタニル(TiSO)の加水分解により生成したチタン水和物又はメタチタン酸(TiO(OH))44.5kg(TiO換算で36.3gに相当;平均粒径0.3μm)を混合分散させたものをA液とした。一方、脱塩水500Lに25%アンモニア水36.8kg及び重炭酸アンモニウム44kgを溶解したものをB液とした。次に、A液を450ml/minの流量で実施例1と同じ条件に設定したビーズミル装置に供給し、更にB液をビーズミル装置に480ml/minの流量で供給し、50℃で反応を行った。次いで、フィルタープレスにより濾過して回収した沈殿物を約1000Lの脱塩水で洗浄した後、箱型乾燥機により120℃で36時間乾燥を行った。次に、乾燥品をロールミルで粉砕した。
【0060】
<第二工程>
第一工程後の粉砕品をシャトルキルンに装入し1100℃で20時間焼成した。次に、焼成物をロールミルで粉砕し、更にジェットミルで微粉砕して焼成品を得た。得られた焼成品を蛍光X線分析装置で分析したところTiO;34.2重量%、BaO;65.4重量%の組成を有し、X線回折法により得られた焼成品はチタン酸バリウムであることを確認した。焼成品について、平均粒径x、BET比表面積及び粒子径のバラツキσ/xを求めた。結果を表1に示す。
【0061】
実施例5
<第一工程>
脱塩水500Lに塩化バリウム(BaCl・2HO)110.0kgを溶解させた後に、二酸化チタン微粉末(東邦チタニウム株式会社、品名;HT1701、平均粒径0.34μm)36.3kgを混合分散させたものをA液とした。一方、脱塩水500Lにクエン酸アンモニウム122.1kgを溶解したものをB液とした。次に、A液を450ml/minの流量で実施例1と同じ条件に設定したビーズミル装置に供給し、更にB液をビーズミル装置に470ml/minの流量で供給し、50℃で反応を行った。次いで、フィルタープレスにより濾過して回収した沈殿物を約1000Lの脱塩水で洗浄した後、箱型乾燥機により120℃で36時間乾燥を行った。次に、乾燥品をロールミルで粉砕した。
【0062】
<第二工程>
第一工程後の粉砕品をシャトルキルンに装入し1100℃で20時間焼成した。次に、焼成物をロールミルで粉砕し、更にジェットミルで微粉砕して焼成品を得た。得られた焼成品を蛍光X線分析装置で分析したところTiO;34.3重量%、BaO;65.4重量%の組成を有し、X線回折法により得られた焼成品はチタン酸バリウムであることを確認した。焼成品について、平均粒径x、BET比表面積及び粒子径のバラツキσ/xを求めた。結果を表1に示す。
【0063】
実施例6
<第一工程>
脱塩水500Lに塩化バリウム(BaCl・2HO)110.0kgを溶解させた後に、二酸化チタン微粉末(東邦チタニウム株式会社、品名;HT1701、平均粒径0.34μm)36.3kgを混合分散させたものをA液とした。一方、脱塩水500Lにシュウ酸ナトリウム60.9kgを溶解したものをB液とした。次に、A液を500ml/minの流量で実施例1と同じ条件に設定したビーズミル装置に供給し、更にB液をビーズミル装置に500ml/minの流量で供給し、50℃で反応を行った。次いで、フィルタープレスにより濾過して回収した沈殿物を約1000Lの脱塩水で洗浄した後、箱型乾燥機により120℃で36時間乾燥を行った。次に、乾燥品をロールミルで粉砕した。
【0064】
<第二工程>
第一工程後の粉砕品をシャトルキルンに装入し1100℃で20時間焼成した。次に、焼成物をロールミルで粉砕し、更にジェットミルで微粉砕して焼成品を得た。得られた焼成品を蛍光X線分析装置で分析したところTiO;34.3重量%、BaO;65.5重量%の組成を有し、X線回折法により得られた焼成品はチタン酸バリウムであることを確認した。焼成品について、平均粒径x、BET比表面積及び粒子径のバラツキσ/xを求めた。結果を表1に示す。
【0065】
実施例7
<第一工程>
脱塩水500Lに水酸化バリウム(Ba(OH)・8HO)14.2kgを溶解させた後に、硫酸法二酸化チタンの製造における中間生成物である硫酸チタニル(TiSO)の加水分解により生成したチタン水和物又はメタチタン酸(TiO(OH))4.4kg(TiO換算で3.6kgに相当、平均粒径0.5μm)を混合分散させたものをA液とした。次に、A液を500ml/minの流量で実施例1と同じ条件に設定したビーズミル装置に供給し、更に二酸化炭素ガスをビーズミル装置に1.6L/minの流量で供給し、20℃で反応を行った。次いで、フィルタープレスにより濾過して回収した沈殿物を約1000Lの脱塩水で洗浄した後、箱型乾燥機により120℃で20時間乾燥を行った。次に、乾燥品をロールミルで粉砕した。
【0066】
<第二工程>
第一工程後の粉砕品をシャトルキルンに装入し1100℃で20時間焼成した。次に、焼成物をロールミルで粉砕し、更にジェットミルで微粉砕して焼成品を得た。得られた焼成品を蛍光X線分析装置で分析したところTiO;34.3重量%、BaO;65.4重量%の組成を有し、X線回折法により得られた焼成品はチタン酸バリウムであることを確認した。焼成品について、平均粒径x、BET比表面積及び粒子径のバラツキσ/xを求めた。結果を表1に示す。
【0067】
実施例8
脱塩水500Lに塩化バリウム(BaCl・2HO)102.0kg、塩化カルシウム(CaCl・2HO)5.24kg、塩化マンガン(MnCl・4HO)2.34kg、塩化ビスマス(BiCl)3.52kgを溶解させた後、二酸化チタン(東邦チタニウム株式会社、品名;HT1701、平均粒径0.34μm)微粉末36.2kgを混合分散させたものをA液とした。一方、また、脱塩水500Lに25%アンモニア水36.8kg及び重炭酸アンモニウム44kgを溶解したものをB液とした。次に、A液を500ml/minの流量で実施例1と同じ条件に設定したビーズミル装置に供給し、更にB液をビーズミル装置に500ml/minの流量で供給し、50℃で反応を行った。次いで、フィルタープレスにより濾過して回収した沈殿物を約1000Lの脱塩水で洗浄した後、箱型乾燥機により120℃で36時間乾燥を行った。次に、乾燥品をロールミルで粉砕した。
【0068】
<第二工程>
第一工程後の粉砕品をシャトルキルンに装入し1100℃で20時間焼成した。次に、焼成物をロールミルで粉砕し、更にジェットミルで微粉砕して焼成品を得た。得られた焼成品を蛍光X線分析装置で分析したところBaTiO;91.9重量%、CaTiO;4.85重量%、MnO;0.65重量%、Bi;2.6重量%の組成を有していた。焼成品について、平均粒径x、BET比表面積及び粒子径のバラツキσ/xを求めた。結果を表1に示す。
【0069】
【表1】

Figure 0004256117
【0070】
比較例1〜3
BET比表面積が8.2m/g、12.3m/gの2種類の市販のBaCO粉末と、BET比表面積が7.7m/g、18.4m/gの2種類の市販のTiO粉末を用意した。次にBaCOとTiOがモル比で1対1になるようにこれらの原料粉末を秤量した。次に、表2に示したBaCOとTiOの組み合わせで、水およびジルコニアボール(1.5φ)とともにボールミル内に入れ、湿式で15時間十分に混合し、得られたスラリーを乾燥機に入れ、150℃で乾燥し、混合粉体を得た。次に、乾燥品をロールミルで粉砕した。この粉砕品をシャトルキルンに装入し1100℃で24時間焼成した。次に、焼成物をロールミルで粉砕し、更にジェットミルで微粉砕して焼成品を得た。X線回折法により得られた焼成品はチタン酸バリウムであることを確認した。焼成品について、平均粒径x、BET比表面積及び粒子径のバラツキσ/xを求めた。結果を表2に示す。
【0071】
【表2】
Figure 0004256117
【0072】
表1及び表2の結果より、本発明に係る製造方法で得られるチタン系ペロブスカイト型セラミック原料粉末は、微細で且つ極めて粒度分布のバラツキが少ないことが分かる。
【0073】
【発明の効果】
本発明に係るチタン系ペロブスカイト型セラミック原料粉末の製造方法によれば、微細で且つ極めて粒度分布のバラツキが少ないものを得ることができる。該チタン系ペロブスカイト型セラミック原料粉末は、機能性セラミック、特に薄膜化が要求されるセラミックシート等に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ビーズミル装置の一例を模式的に示した図である。
【符号の説明】
1 ビーズミル装置
1a 回転筒(ベッセル)
1b 攪拌羽根部
1c ジルコニアビーズ
1d メディア分離装置
1e 攪拌羽根駆動部
1f、1g 導入口
1h 排出口
2 第一原料貯蔵槽
3 第二原料貯蔵槽
4 生成物貯蔵槽
P1、P2 ポンプ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing a titanium-based perovskite ceramic raw material powder that is useful as a raw material for functional ceramics such as piezoelectric materials, optoelectronic materials, dielectric materials, semiconductors, and sensors. 3 The present invention relates to a method for producing a titanium-based perovskite ceramic raw material powder in which Ca, Ba, Sr or Pb is arranged at the A site of the type perovskite and Ti is arranged at the B site.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, ABO 3 As a method for producing a type perovskite type ceramic raw material, the following methods are typically used.
(1) A method in which oxide powders of the respective component elements are mixed and the mixture is heated to a high temperature to perform a solid phase reaction.
(2) A method in which oxalic acid is dropped into an aqueous solution containing ions of each component element to coprecipitate each component element as oxalate, and the oxalate is thermally decomposed.
(3) A method in which a mixture of alkoxides of the respective component elements is hydrolyzed and coprecipitated, and the coprecipitated hydrolyzate is thermally decomposed.
[0003]
The method (1) is, for example, the raw material BaCO. 3 Powder and TiO 2 The powder is wet mixed, dried, fired at a temperature of about 900 to 1200 ° C., and BaCO 3 Particles and TiO 2 In this method, particles are chemically reacted with each other in a solid phase to obtain barium titanate powder. However, the raw material BaCO 3 And TiO 2 Is not uniformly mixed, a so-called non-uniform portion such as a portion with a large amount of Ba and a small amount of Ti or a portion with a small amount of Ba and a large amount of Ti is formed in the mixture. There is a problem that the particle growth of the barium titanate particles is different for each non-uniform portion, and the variation in the particle size of the generated barium titanate powder becomes large.
[0004]
In addition, since the coprecipitate obtained by the coprecipitation method (2) has a large particle size of several tens of μm, it tends to be an aggregate of hard agglomerated powder when fired, and the oxalic acid used in large quantities is reused. There is a problem that the cost increases because it is impossible.
[0005]
Furthermore, although the coprecipitation method (3) uses each component as an alkoxide, a product with good quality can be obtained, but there are problems such as an increase in production cost due to wastewater treatment and raw material circumstances.
[0006]
In response to these problems, for example, Japanese Patent Publication No. 5-27570 discloses a method for producing a titanium-based perovskite-type ceramic raw material with uniform quality and low cost, from Ca, Ba, Sr or Pb in which titanium oxide is dispersed. A method is disclosed in which at least one selected soluble metal salt aqueous slurry, an aqueous ammonium bicarbonate solution and ammonia are mixed and subjected to a precipitation reaction, followed by firing.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, even if the titanium-based perovskite-type ceramic raw material powder obtained by the above-described manufacturing method is used, the advanced composition required as a raw material for functional ceramics such as piezoelectric materials, optoelectronic materials, dielectric materials, semiconductors, and sensors in recent years There is a problem that the uniformity of the particle size and the small variation in particle size are not sufficiently satisfied.
[0008]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for producing a titanium-based perovskite-type ceramic raw material powder that can produce a titanium-based perovskite-type ceramic powder that is fine and has little variation in particle size at a low cost.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In such a situation, the present inventor has obtained a predetermined titanium compound (a), a predetermined soluble metal salt (b), a precipitant that reacts with the soluble metal salt (b) to form a hardly soluble metal compound (d) ( c) and the granular medium (f) are brought into contact with each other in a state where the granular medium (f) flows at a high speed in water, and the precipitate is obtained by depositing the hardly soluble metal compound (d) on the particle surface of the titanium compound (a). When (e) was obtained and the precipitate (e) was fired, it was found that a fine titanium-based perovskite ceramic raw material powder with little variation in particle size was obtained, and the present invention was completed.
[0010]
That is, the present invention is selected from titanium oxide or hydrous titanium oxide. The compounding amount is 0.01 to 3 mol / L in terms of Ti. A titanium compound (a), a soluble metal salt (b) of at least one element selected from the group consisting of Ca, Ba, Sr and Pb, and a hardly soluble metal compound (B) reacting with the soluble metal salt (b) a precipitating agent (c) producing d); The particle size is 0.05 to 10 mm and the filling factor in the reactor is 40 to 95%. A first step of obtaining a precipitate (e) by bringing the granular medium (f) into contact with water in a state where the granular medium (f) flows at a high speed in water; and baking the precipitate (e) to form a titanium-based perovskite type The present invention provides a method for producing a titanium-based perovskite ceramic raw material powder, comprising a second step of obtaining a ceramic raw material powder.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the first step, the titanium compound (a), the soluble metal salt (b), the precipitant (c), and the granular medium (f) are contacted in a state where the granular medium (f) flows at high speed in water. And a precipitate (e) is obtained.
[0012]
The titanium compound (a) used in the present invention is titanium oxide or hydrous titanium oxide. Here, titanium oxide or hydrous titanium oxide means either or both of titanium oxide and hydrous titanium oxide. Examples of titanium oxide include titanium dioxide, titanium monoxide, and dititanium trioxide. In the present invention, hydrous titanium oxide means an intermediate product of titanium dioxide in the sulfuric acid method. Examples of such hydrous titanium oxide include metatitanic acid and orthotitanic acid. The particle size of the titanium compound is not particularly limited, but a fine one is preferable because the reactivity in the second step described later is high, and the average particle size obtained by the laser method is preferably 0.1 to 2 μm. More preferably, it is 0.1-1 μm. A titanium compound (a) can be used 1 type or in combination of 2 or more types.
[0013]
The soluble metal salt (b) used in the present invention is a soluble metal salt of at least one element selected from the group consisting of Ca, Ba, Sr and Pb. Here, the term “soluble” means soluble in water, and forms a solution in the presence of water. Examples of the soluble metal salt (b) include Ca, Ba, Sr or Pb hydroxides, nitrates, chlorides and sulfides. The soluble metal salt (b) can be used alone or in combination of two or more.
[0014]
The precipitating agent (c) used in the present invention reacts with the soluble metal salt (b) to produce the below-mentioned hardly soluble metal compound (d). Examples of the precipitant (c) include ammonium bicarbonate, ammonium carbonate, sodium carbonate, carbon dioxide, oxalic acid, ammonium oxalate, citric acid, sodium citrate, ammonium citrate, tartaric acid, sodium tartrate, and ammonium tartrate. Can be mentioned. The precipitant (c) can be used alone or in combination of two or more.
[0015]
In the present invention, the hardly soluble metal compound (d) produced by the reaction of the precipitant (c) and the soluble metal salt (b) comprises Ca, Ba, Sr and Pb contained in the soluble metal salt (b). It means a metal compound of at least one element selected from the group and hardly soluble. Here, sparingly soluble means sparingly soluble in water. Examples of the hardly soluble metal compound (d) include carbonate, oxalate, citrate, and tartrate of Ca, Ba, Sr or Pb. Further, the hardly soluble metal compound (d) may contain one or more of the above.
[0016]
In the present invention, as the granular medium (f), a high-speed flowable granular material having chemical resistance such as acid resistance and alkali resistance, water resistance, non-reactivity, ductility, and non-destructiveness is used. Here, non-reactive refers to a titanium compound (a), a soluble metal salt (b), a precipitant (c), a hardly soluble metal compound (d), a precipitate (e), and a soluble compound (g) described later. It means having no reactivity. Examples of such a granular medium (f) include ceramic beads and resin beads. Examples of the ceramic beads include zirconia beads, alumina beads, silica beads, silicon carbide, and silicon nitride.
[0017]
Examples of the shape of the granular medium (f) include a spherical shape, a spindle shape, a cylindrical shape, and an indefinite shape. Among these, when it is spherical, the titanium-based perovskite can be applied to the hardly soluble metal compound (d) deposited on the particle surface of the titanium compound (a) during high-speed flow with a substantially constant shearing force and frictional force. The type ceramic raw material powder is preferable because it is fine and the particle size variation is likely to be small.
[0018]
The particle size of the granular medium (f) is usually 0.05 to 10 mm, preferably 0.1 to 3 mm. If the diameter of the granular medium (f) is less than 0.05 mm, it is not preferable because mechanical separation of the granular medium (f) and the precipitate (e) in the same system by a media separation device tends to be difficult. On the other hand, when the diameter of the granular medium (f) exceeds 10 mm, it becomes difficult to obtain a fine titanium-based perovskite ceramic powder with little variation in particle size, and a high-speed fluidization process is required for a long time. It is not preferable because efficiency is likely to decrease. In the present invention, the granular medium (f) can be used alone or in combination of two or more thereof.
[0019]
In the first step, the titanium compound (a), the soluble metal salt (b), the precipitant (c), and the granular medium (f) are brought into contact with each other in a state where the granular medium (f) flows at high speed in water, A precipitate (e) is obtained.
[0020]
In the present invention, the state in which the granular medium (f) flows at a high speed means that the granular medium (f) has a maximum peripheral speed of 0.1 to 25 m / s, preferably 1 to 20 m / s. In addition, when the maximum peripheral speed is less than 0.1 m / s, the shearing force to the poorly soluble metal compound (d) on which the granular medium (f) precipitates is insufficient, and fine particles of the hardly soluble metal compound (d) This makes it difficult to obtain a titanium-based perovskite ceramic raw material powder in which a fine hardly soluble metal compound (d) is uniformly deposited on the particle surface of the titanium compound (a). Further, it is preferable that the maximum peripheral speed exceeds 25 m / s because the slurry containing the precipitate (e) is easily contaminated by the abrasion of the granular medium (f) itself and the energy efficiency of shearing force and frictional heat is likely to be reduced. Absent.
[0021]
In the present invention, the filling rate of the granular medium (f) in the reactor is usually 40 to 95%, preferably 60 to 95%, more preferably 70 to 90%. Here, the filling rate is the volume of a substantial space excluding high-speed flow means such as a stirrer among the spaces in the reactor in an empty state in which no water or granular medium (f) is charged. It means the ratio of the apparent volume of the granular medium (f). Here, the apparent volume refers to the volume occupied by the outer shape of the entire granular medium (f) including the space generated between the granular media (f). The apparent volume is, for example, the product of the height of the granular medium (f) and the bottom area of the cylindrical container when the granular medium (f) is naturally dropped and filled in the cylindrical container and the upper surface is leveled flat. Desired. When the filling rate of the granular medium (f) is within this range, it is preferable because the shearing force and frictional force of the granular medium (f) with respect to the hardly soluble metal compound (d) can be appropriately managed. On the other hand, if the filling rate exceeds 95%, a medium locking phenomenon occurs, resulting in an overload of the driving device. If the filling rate is less than 40%, the collision probability of the granular medium (f) is remarkably lowered, and the titanium-based perovskite. This is not preferable because the mold ceramic raw material powder is difficult to be miniaturized.
[0022]
In the present invention, contact means the state in which the titanium compound (a), the soluble metal salt (b), and the precipitating agent (c) are in contact with the granular medium (f) in water, that is, underwater. Means a state where the four members (a), (b), (c) and (f) are in contact with each other. The soluble metal salt (b) itself is usually a solid, and the precipitating agent (c) itself takes a solid, liquid, or gas form, but these are dissolved, mixed or dispersed in water. Take an embodiment. In the present invention, the contact in the form after being dissolved in water in this way is also referred to as contact of the soluble metal salt (b) or the precipitant (c) in water.
[0023]
The mixing order of the titanium compound (a) and the like at the time of contacting is not particularly limited. For example, the titanium compound (a), the soluble metal salt (b), and the granular medium (f) are mixed to form a slurry. Thereafter, the slurry and the precipitating agent (c) are brought into contact with each other in a state where the granular medium (f) flows at high speed in water, and (a), (b), (c), (f) and water are added. The order etc. which mix simultaneously so that a granular medium (f) may be in the state which flows at high speed in water are mentioned.
[0024]
Among these, after preparing the slurry (henceforth "the A liquid") containing a titanium compound (a) and soluble metal salt (b), A liquid and a granular medium (f) are mixed, and this liquid mixture When the order of adding the precipitant (c) to the mixture is made after the granular medium (f) is in a state of flowing at high speed, the hardly soluble metal compound (d) to be produced becomes a particle surface of the titanium compound (a). This is preferable because a high-purity ceramic raw material powder uniformly adhered to the surface can be obtained. Also, an aqueous solution containing the precipitating agent (c) (hereinafter also referred to as “liquid B”) is prepared, the liquid A and the granular medium (f) are mixed, and the granular liquid (f) is mixed at high speed. The order in which the liquid B is added to the mixed solution after it is made to flow is more preferable since the reaction operability becomes easy.
[0025]
The amount of titanium compound (a), etc. with respect to the total amount of water, titanium compound (a), soluble metal salt (b) and precipitating agent (c) at the time of contact is such that the amount of titanium compound (a) is Ti The amount is usually 0.01 to 3 mol / L, preferably 0.1 to 2 mol / L. In addition, the compounding amount of the soluble metal salt (b) relative to the total amount of the titanium compound (a), etc. is the mole converted to Ca, Ba, Sr or Pb actually contained in the soluble metal salt (b). The total number of numbers is usually 0.01 to 3 mol / L, preferably 0.1 to 2 mol / L. Moreover, the compounding quantity of the precipitant (c) with respect to the total amount of the said titanium compound (a) etc. is 0.01-5 mol / L normally, Preferably it is 0.1-3 mol / L.
[0026]
Moreover, when performing a contact using A liquid or B liquid, the compounding quantity of the titanium compound (a) in A liquid is 0.01-3 mol / L normally in conversion of Ti, Preferably it is 0.1 -1.7 mol / L. Moreover, the compounding quantity of the soluble metal salt (b) in A liquid is the total amount converted into what is contained in soluble metal salt (b) among Ca, Ba, Sr, or Pb normally 0.01-3. Mol / L, preferably 0.1 to 1.7 mol / L. It is preferable that the concentrations of the liquid A and the liquid B are in the above ranges because the reactivity and the operability of the slurry after the reaction are excellent, and the composition of the ceramic raw material powder tends to be uniform. Moreover, the compounding quantity of the precipitating agent (c) in B liquid is not specifically limited.
[0027]
As the contact method, for example, a slurry comprising water and a titanium compound (a) is continuously supplied into the reactor, and the slurry containing the precipitate (e) generated is continuously contacted so as to be sequentially discharged. A treatment method may be used, or a treatment method in which the slurry containing the precipitate (e) in the reaction vessel is replaced every time the precipitate (e) is produced is contacted intermittently by so-called batch treatment.
[0028]
The contact time is usually 30 seconds or longer, preferably 1 to 10 minutes. A contact time of less than 30 seconds is not preferable because it is difficult to obtain a titanium-based perovskite ceramic powder that is fine and has little variation in particle size. Further, in order to sufficiently remove impurities in the produced titanium-based perovskite ceramic powder, the contact time is preferably as long as possible within the above range.
[0029]
Moreover, contact temperature is 0-100 degreeC normally, Preferably it is 20-80 degreeC, More preferably, it is 20-50 degreeC. Here, the contact temperature means the average temperature of the entire mixture existing when the titanium compound (a), the soluble metal salt (b) and the precipitating agent (c) are contacted in water. When the contact temperature is within this range, the lower the contact treatment temperature, the smaller the particle size of the titanium-based perovskite ceramic raw material powder obtained, which is preferable.
[0030]
If there is a possibility that two or more of the titanium compound (a), the soluble metal salt (b), or the precipitant (c) may react to produce an acid component such as hydrochloric acid or hydrogen sulfide, An alkali agent may be added to at least one of the titanium compound (a), the soluble metal salt (b) and the precipitant (c). Examples of the alkali agent include sodium hydroxide and ammonia. The amount of the alkali agent added is preferably equal to or greater than the amount of the hardly soluble metal compound (d) to be produced. Here, an equivalent means the quantity from which the normality of the slightly soluble metal compound (d) to produce | generate and an alkali agent becomes equal. If the alkali agent is added in an equivalent amount or more, the pH of the solution becomes 7 or more when the hardly soluble metal compound (d) is produced, and thus the hardly soluble metal compound (d) that is easily dissolved in the acidic region is difficult to dissolve. preferable.
[0031]
Examples of the method for adding the alkali agent include, for example, an embodiment in which the alkali agent is added to the titanium compound (a) -containing aqueous slurry, an embodiment in which the alkali agent is added to the soluble metal salt (b) -containing solution, and a precipitant (c). The aspect etc. which add an alkaline agent to a containing solution are mentioned. The addition of the alkali agent can be carried out by neutralizing the alkali agent and the raw material liquid such as the titanium compound (a) -containing aqueous slurry, the soluble metal salt (b) -containing solution, or the precipitant (c) -containing solution. Perform in combinations that do not occur.
[0032]
In addition, when it becomes the combination which mixes with a raw material liquid and produces a neutralization reaction, the addition of an alkaline agent may be performed as follows. That is, when the raw material soluble metal salt (b) and the alkali agent cause a neutralization reaction, for example, the alkali agent is added to either the titanium compound (a) -containing aqueous slurry or the precipitant (c) -containing solution. A method is mentioned. In the case where the precipitant (c) and the alkali agent cause a neutralization reaction, for example, there is a method of adding the alkali agent to either the titanium compound (a) -containing aqueous slurry or the soluble metal salt (b) -containing solution. Can be mentioned.
[0033]
In the first step, first, in water, the soluble metal salt (b) and the precipitating agent (c) react to form a hardly soluble metal compound (d), and then the hardly soluble metal compound (d) is a granular medium. By (f), a shearing force and a frictional force are applied to refine the structure. Next, the finely divided slightly soluble metal compound (d) is deposited on the surface of the titanium compound (a) to form a coated titanium compound. For this reason, the precipitate (e) obtained in the first step contains the coated titanium compound, specifically, it consists only of the coated titanium compound, or deposited on the surface of the titanium compound (a). It is a mixture of a finely divided slightly soluble metal compound (d) and a coated titanium compound, which are free without being released. It is preferable that the precipitate (e) is appropriately filtered, washed and dried to obtain a solid of the precipitate (e). The precipitate (e) is used in the second step.
[0034]
Examples of the reaction apparatus used in the first step include an apparatus capable of bringing the granular medium (f) into contact with the granular medium (f) flowing in water at a high speed. For example, the reaction container and the reaction container A mixing stirrer having a stirrer that stirs the inside (hereinafter also referred to as “first reactor”), a reaction vessel having an inlet and an outlet, a stirrer that stirs the reaction vessel, and the reaction Examples thereof include a mixing and stirring device (hereinafter also referred to as “second reaction device”) having a media separation device provided in a vessel and retaining the granular medium (f) in the reaction vessel. The first reactor is suitable when the contact treatment is intermittently performed by batch processing, and the second reactor is suitable when the contact treatment is continuously processed. Examples of the second reaction apparatus include a wet dispersion pulverization apparatus, and specifically a bead mill apparatus. In addition, when using a bead mill apparatus, the said granular medium (f) is used as a bead used for this apparatus.
[0035]
The bead mill apparatus will be specifically described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram schematically illustrating an example of a bead mill apparatus. The reaction apparatus 1 includes a stirring blade portion 1b having a structure in which a large number of screw type impellers are coaxially fitted to a stirring main shaft, a stirring blade drive portion 1e that drives the stirring blade portion 1b, and the stirring blade portion 1b as an outer periphery of the impeller. A rotating cylinder 1a that converges with a small gap between them and rotates at a lower speed than the impeller in the opposite direction to the stirring blade 1b, inlets 1g and 1f provided on the inlet side of the rotating cylinder 1a, and a rotating cylinder A discharge port 1h provided on the outlet side of 1a and a media separating device 1d disposed in the vicinity of the discharge port 1h in the rotary cylinder 1a are provided. As the media separator 1d, for example, a filter cloth, a gap separator, a screen separator, a centrifugal separator, or the like is used.
[0036]
A preferred example of the method of continuously contacting the first step using the bead mill apparatus shown in FIG. 1 and the action in the first step will be specifically described. First, A liquid is stored in the 1st raw material storage tank 2 connected via the inlet 1g and the pump P1. On the other hand, B liquid is stored in the 2nd raw material storage tank 3 connected via the inlet 1f and the pump P2. Next, after the granular medium (f) is charged into the rotary cylinder 1a from the inlet 1g, the liquid A is introduced into the rotary cylinder 1a from the inlet 1g by using the pump P1, and the rotary cylinder 1a and the stirring blades are introduced. The part 1b is driven to cause the mixture of the liquid A and the granular medium (f) to flow at high speed. At this time, the mixture takes a predetermined time in the rotating cylinder 1a and is separated into the granular medium (f) and the liquid A by the media separating device 1d, and the granular medium (f) stays in the rotating cylinder 1a. The liquid A is discharged from the discharge port 1h so that the contact treatment can be continuously performed. However, the liquid A discharged from the discharge port 1h is introduced into a tank other than the product storage tank 4 (not shown) so as not to be mixed with the slurry containing the precipitate (e) after contact.
[0037]
Next, after connecting the discharge port 1h and the product storage tank 4 so that the discharge from the discharge port 1h is introduced into the product storage tank 4, the B liquid in the second raw material storage tank 3 in this state Is introduced into the rotating cylinder 1a from the inlet 1f, and the liquid A and the liquid B are brought into contact with each other in a state where the granular medium (f) flows at high speed. d) precipitates, and a precipitate (e) is obtained from the hardly soluble metal compound (d) and the titanium compound (a). Since the hardly soluble metal compound (d) is refined by applying a shearing force and a frictional force by the granular medium (f) flowing at a high speed from the moment of precipitation, the refined hardly soluble metal compound (d) Deposited on the surface of the titanium compound (a), a coated titanium compound having a fine and small variation in particle size is formed.
[0038]
The precipitate (e) obtained in the first step is usually composed only of a coated titanium compound. However, when there is a finely divided slightly soluble metal compound (d) that is free without being deposited on the surface of the titanium compound (a), the finely divided hardly soluble metal compound (d) is also precipitated together with the coated titanium compound. Form (e). Even if the coated titanium compound and the refined slightly soluble metal compound (d) are mixed in the precipitate (e), the coated titanium compound is a titanium-based perovskite ceramic raw material powder during firing in the second step. There is no particular problem because the components in the sparingly soluble metal compound (d) are taken into the titanium-based perovskite ceramic raw material powder. In addition, even if the material derived from the poorly soluble metal compound (d) is left free from the titanium-based perovskite ceramic raw material powder after firing, there is no particular problem because it can be removed by washing with an acid or the like. .
[0039]
After completion of the contact treatment under the predetermined conditions, a mixture containing the precipitate (e) and the granular medium (f) is obtained in the rotating cylinder 1a. The mixture is separated into a slurry containing the granular medium (f) and the precipitate (e) by the media separation device 1d, and the granular medium (f) stays in the rotating cylinder 1a and contains the precipitate (e). Is discharged to the product storage tank 4 from the discharge port 1h. The slurry containing the precipitate (e) in the product storage tank 4 is appropriately filtered, washed and dried to obtain a solid of the precipitate (e). The solid of the precipitate (e) is used in the second step.
[0040]
Further, in the first step, the contact treatment is performed by dissolving at least one element selected from the group consisting of rare earth elements, Bi, Zn, Mn, Al, Co, V, Nb, Ni, Cr, Fe, Mg, and Si. When carried out in the presence of the compound (g), it is preferable because it can give reduction resistance to the ceramic raw material powder, adjust the temperature characteristics of the resulting product, and further improve the reliability of the electrical properties of the resulting product. . Here, the rare earth element is at least one selected from the group consisting of Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu. is there. Examples of the soluble compound (g) used in the present invention include hydroxides, nitrates, chlorides, sulfide salts, oxalates and carboxylates containing these elements, and silica sol and sodium silicate. It is done. The soluble compound (g) can be used alone or in combination of two or more thereof. In the first step, when the soluble compound (g) and the precipitating agent (c) are brought into contact with each other, the inclusion of the rare earth element, Bi, etc. in the soluble compound (g) further improves the reduction resistance, temperature characteristics and reliability. An excellent highly functional hardly soluble metal compound (h) is produced, and the highly functional hardly soluble metal compound (h) is uniformly deposited on the surface of the titanium compound (a) together with the hardly soluble metal compound (d). It is possible to impart reduction resistance to the raw material powder, adjust the temperature characteristics, and further improve the reliability of the ceramic raw material powder.
[0041]
In the first step, in order to perform the contact treatment in the presence of the soluble compound (g), for example, by the time of the contact treatment, the soluble compound (g) is converted into the titanium compound (a), the soluble metal salt (b), A method of mixing with at least one of the precipitant (c) or the granular medium (f) is used. The mixing order of the titanium compound (a) and the like and the soluble compound (g) at the time of contacting is not particularly limited. However, A liquid is prepared without compounding soluble compound (g), except that A liquid is prepared using a slurry in which soluble compound (g) is further blended with titanium compound (a) and soluble metal salt (b). If the order is the same as that in the case of preparing the solution A, it is preferable for the same reason as in the case of preparing the solution A without blending the soluble compound (g).
[0042]
When the contact treatment is carried out in the presence of a soluble compound (g), it is soluble in the total amount of water, titanium compound (a), soluble metal salt (b), precipitant (c) and soluble compound (g) at the time of contact. The compounding amount of the compound (g) can be arbitrarily set according to the dielectric properties required for the ceramic raw material powder to be produced, and is actually included in the soluble compound (g) among the above elements such as rare earth elements and Bi. The total number of moles converted to the above is usually 0.001 to 0.1 mol / L, preferably 0.003 to 0.05 mol / L. Further, the compounding amount of the titanium compound (a), the soluble metal salt (b) and the precipitating agent (c) with respect to the total amount of the titanium compound (a) and the like is the above numerical range when the soluble compound (g) is not compounded. It is the same.
[0043]
Moreover, when a soluble compound (g) is mix | blended with A liquid and a contact is performed using A liquid or B liquid, the compounding quantity of the soluble compound (g) in A liquid is 0.001-0.1 normally. Mol / L, preferably 0.003 to 0.05 mol / L. Moreover, the compounding quantity of the titanium compound (a) and soluble metal salt (b) in A liquid is the same as the said numerical range when not mix | blending a soluble compound (g). Moreover, the compounding quantity of the precipitating agent (c) in B liquid is not specifically limited.
[0044]
When the contact treatment is carried out in the presence of the soluble compound (g), the contact method, contact time, contact temperature, the kind of alkaline agent blended, if necessary, the addition amount, the addition method, etc. ).
[0045]
The second step is a step of firing the precipitate (e) obtained in the first step to obtain a titanium-based perovskite ceramic raw material powder. The precipitate (e) may be calcined and may or may not contain moisture, but if it is a solid that is substantially free of moisture after being filtered, washed and dried, it can be efficiently used. Since baking can be performed, it is preferable.
[0046]
The firing temperature in firing the precipitate (e) is usually 700 to 1200 ° C, preferably 900 to 1100 ° C. The reason for this is that when the firing temperature is less than 700 ° C., the thermal decomposition of the titanium compound (a) and the hardly soluble metal compound (d) is insufficient and the conversion to the perovskite crystal structure is likely to be insufficient. This is because if the temperature exceeds 1200 ° C., the powder tends to become coarse due to particle growth, which is not preferable. Moreover, baking time is 1 to 40 hours normally, Preferably it is 5 to 30 hours. In the present invention, the firing under the above conditions may be repeated many times. After firing, if necessary, it is pulverized by an air pulverizer or the like to obtain a titanium-based perovskite ceramic raw material powder.
[0047]
If necessary, after completion of the second step, an excess of Ca, Ba, Sr or Pb compounds released from the titanium-based perovskite ceramic raw material powder is removed by washing with acid, followed by washing with water and drying. Thus, a highly pure titanium-based perovskite ceramic raw material powder can be obtained.
[0048]
The titanium-based perovskite ceramic raw material powder thus obtained is ABO. 3 This is a titanium-based perovskite ceramic powder in which Ca, Ba, Sr or Pb is arranged at the A site of the type perovskite and Ti is arranged at the B site. In addition, the titanium-based perovskite ceramic raw material powder obtained in the present invention has an average particle size x determined by electron microscope observation of usually 0.1 to 1 μm, preferably 0.3 to 0.8 μm. Also, BET specific surface area is 1-20m 2 / g, preferably 2-15m 2 / g. The particle size variation σ / x is usually 0.1 to 0.3, preferably 0.15 to 0.25, and the particle size variation is extremely small. In σ / x, σ indicates a standard deviation. Since the titanium-based perovskite ceramic raw material powder obtained in the present invention has the above properties, it is suitable for use in electronic parts such as piezoelectric materials, optoelectronic materials, dielectric materials, semiconductors, and sensors.
[0049]
The titanium-based perovskite ceramic raw material powder obtained in the present invention can be used as a raw material for producing a multilayer capacitor. For example, first, the titanium-based perovskite-type ceramic raw material powder and a conventionally known compounding agent such as an additive, an organic binder, a plasticizer, and a dispersing agent are mixed and dispersed to form a slurry. Molding to obtain a ceramic sheet. Next, a conductive paste for forming an internal electrode is printed on one surface of the ceramic sheet, and after drying, a plurality of ceramic sheets are laminated and then pressed in the thickness direction to form a laminate. Further, the laminate is heat-treated to remove the binder, and is fired to obtain a fired body. Thereafter, an In—Ga paste, Ni paste, Ag paste, nickel alloy paste, copper paste, copper alloy paste or the like is applied to this sintered body and baked, whereby a multilayer capacitor can be obtained.
[0050]
In addition, the titanium-based perovskite ceramic raw material powder obtained in the present invention is prepared by blending the barium titanate or barium titanate dielectric obtained in the present invention with a resin such as epoxy resin, polyester resin, polyimide resin, etc. It can be suitably used for materials such as printed wiring boards and multilayer printed wiring boards as sheets, resin films, adhesives and the like. The ceramic raw material powder is composed of a dielectric material for an EL element, a co-material for suppressing a shrinkage difference between the internal electrode and the dielectric layer, a base material for an electrode ceramic circuit board or a glass ceramic circuit board, and a circuit peripheral material. It can be suitably used as a raw material, a catalyst used in reactions such as exhaust gas removal and chemical synthesis, and a surface modifier for printing toner that imparts an antistatic effect and a cleaning effect.
[0051]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention in detail, this invention is not limited to these.
[0052]
Example 1
<First step>
Barium chloride (BaCl) is added to 500 L of demineralized water. 2 ・ 2H 2 O) After dissolving 110.0 kg, a solution obtained by mixing and dispersing 36.3 kg of titanium dioxide fine powder (Toho Titanium Co., Ltd., product name: HT0510, average particle size 0.49 μm) was designated as Liquid A. On the other hand, B solution was prepared by dissolving 36.8 kg of 25% aqueous ammonia and 44 kg of ammonium bicarbonate in 500 L of demineralized water. A liquid is supplied at a flow rate of 470 ml / min to a bead mill apparatus (Ashizawa Co., Ltd., model: Pearl Mill RL type) charged with beads used as a granular medium, and further, B liquid is supplied to the bead mill apparatus at a flow rate of 490 ml / min. The reaction was performed at 20 ° C. The processing conditions of the bead mill apparatus are as follows.
・ Vessel effective amount; 5L
・ Used beads: Zirconia (particle size: 1mm)
・ Bead filling rate: 85%
・ Bead filling amount: 15 kg
・ Agitating blade; disc type
Disk peripheral speed: 10m / sec
・ Processing time: 2 minutes
[0053]
Next, the precipitate collected by filtration with a filter press was washed with about 1000 L of demineralized water, and then dried at 120 ° C. for 36 hours with a box-type dryer. Next, the dried product was pulverized with a roll mill.
[0054]
<Second step>
The pulverized product after the first step was charged into a shuttle kiln and baked at 1000 ° C. for 17 hours. Next, the fired product was pulverized with a roll mill and further pulverized with a jet mill to obtain a baked product. The obtained fired product was analyzed with a fluorescent X-ray analyzer, and TiO 2 Having a composition of 34.2% by weight and BaO; 65.8% by weight, it was confirmed that the fired product obtained by the X-ray diffraction method was barium titanate. Further, the average particle size x, the BET specific surface area, and the particle size variation σ / x were determined for the fired product. The results are shown in Table 1. In addition, the average particle diameter x is an average value when the particle diameter of 200 or more particles arbitrarily extracted when the sample is observed with an electron microscope at a magnification of 20000 times is measured. Σ is a standard deviation.
[0055]
Example 2
<First step>
Barium chloride (BaCl) is added to 500 L of demineralized water. 2 ・ 2H 2 O) 103.3 kg and strontium chloride (SrCl 2 ・ 6H 2 O) After 11.0 kg was completely dissolved, 37.2 kg of titanium dioxide (Toho Titanium Co., Ltd., product name: HT0510, average particle size 0.49 μm) was mixed and dispersed, and the solution A was obtained. On the other hand, liquid B was prepared by dissolving 40.0 kg of 25% aqueous ammonia and 48.1 kg of ammonium bicarbonate in 500 L of demineralized water. Next, A liquid was supplied to the bead mill apparatus set to the same conditions as Example 1 with the flow volume of 480 ml /, and B liquid was further supplied to the bead mill apparatus with the flow volume of 500 ml / min, and reaction was performed at 20 degreeC. Next, the precipitate collected by filtration with a filter press was washed with about 1000 L of demineralized water, and then dried at 120 ° C. for 36 hours with a box-type dryer. Next, the dried product was pulverized with a roll mill.
[0056]
<Second step>
The pulverized product after the first step was charged into a shuttle kiln and baked at 1000 ° C. for 17 hours. Next, the fired product was pulverized with a roll mill and further pulverized with a jet mill to obtain a baked product. The obtained fired product was analyzed with a fluorescent X-ray spectrometer, and TiO 2 34.2% by weight, BaO; 60.4% by weight, SrO; 4.54% by weight, and a fired product obtained by X-ray diffractometry (Ba 0.9 ・ Sr 0.1 ) TiO 3 It was confirmed that it was barium strontium zirconate. The average particle size x, BET specific surface area, and particle size variation σ / x were determined for the fired product. The results are shown in Table 1.
[0057]
Example 3
To 500L of demineralized water, calcium chloride (CaCl 2 ・ 2H 2 O) After 114.4 kg was dissolved, a solution obtained by mixing and dispersing 62.0 kg of fine powder of titanium dioxide (Toho Titanium Co., Ltd., product name: HS0510, average particle size 0.49 μm) was designated as Liquid A. On the other hand, liquid B was prepared by dissolving 63 kg of 25% aqueous ammonia and 75.6 kg of ammonium bicarbonate in 500 L of demineralized water. Next, the liquid A was supplied at a flow rate of 500 ml / min to the bead mill apparatus set under the same conditions as in Example 1, and the liquid B was further supplied to the bead mill apparatus at a flow rate of 550 ml / min to carry out the reaction at 20 ° C. . Next, the precipitate collected by filtration with a filter press was washed with about 1000 L of demineralized water, and then dried at 120 ° C. for 36 hours with a box-type dryer. Next, the dried product was pulverized with a roll mill.
[0058]
<Second step>
The pulverized product after the first step was placed in a shuttle kiln and baked at 1100 ° C. for 17 hours. Next, the fired product was pulverized with a roll mill and further pulverized with a jet mill to obtain a baked product. The obtained fired product was analyzed with a fluorescent X-ray analyzer, and TiO 2 58.76% by weight, CaO; 41.12% by weight, and the calcined product obtained by the X-ray diffraction method is CaTiO. 3 Of calcium titanate. The average particle size x, BET specific surface area, and particle size variation σ / x were determined for the fired product. The results are shown in Table 1.
[0059]
Example 4
<First step>
Barium chloride (BaCl) is added to 500 L of demineralized water. 2 ・ 2H 2 O) After dissolving 110.0 kg, titanyl sulfate (TiSO), which is an intermediate product in the production of sulfuric acid method titanium dioxide 4 ) Titanium hydrate or metatitanic acid (TiO (OH)) produced by hydrolysis of 2 ) 44.5kg (TiO 2 The solution A was equivalent to 36.3 g in terms of conversion; the average particle size of 0.3 μm was mixed and dispersed. On the other hand, B solution was prepared by dissolving 36.8 kg of 25% aqueous ammonia and 44 kg of ammonium bicarbonate in 500 L of demineralized water. Next, the liquid A was supplied at a flow rate of 450 ml / min to the bead mill apparatus set under the same conditions as in Example 1, and the liquid B was further supplied to the bead mill apparatus at a flow rate of 480 ml / min to carry out the reaction at 50 ° C. . Next, the precipitate collected by filtration with a filter press was washed with about 1000 L of demineralized water, and then dried at 120 ° C. for 36 hours with a box-type dryer. Next, the dried product was pulverized with a roll mill.
[0060]
<Second step>
The pulverized product after the first step was placed in a shuttle kiln and baked at 1100 ° C. for 20 hours. Next, the fired product was pulverized with a roll mill and further pulverized with a jet mill to obtain a baked product. The obtained fired product was analyzed with a fluorescent X-ray analyzer, and TiO 2 34.2% by weight, BaO; 65.4% by weight, and it was confirmed that the fired product obtained by the X-ray diffraction method was barium titanate. The average particle size x, BET specific surface area, and particle size variation σ / x were determined for the fired product. The results are shown in Table 1.
[0061]
Example 5
<First step>
Barium chloride (BaCl) is added to 500 L of demineralized water. 2 ・ 2H 2 O) After dissolving 110.0 kg, a solution obtained by mixing and dispersing 36.3 kg of titanium dioxide fine powder (Toho Titanium Co., Ltd., product name: HT1701, average particle size 0.34 μm) was designated as Liquid A. On the other hand, B solution was prepared by dissolving 122.1 kg of ammonium citrate in 500 L of demineralized water. Next, A liquid was supplied to the bead mill apparatus set to the same conditions as Example 1 with the flow volume of 450 ml / min, and also B liquid was supplied to the bead mill apparatus with the flow volume of 470 ml / min, and reaction was performed at 50 degreeC. . Next, the precipitate collected by filtration with a filter press was washed with about 1000 L of demineralized water, and then dried at 120 ° C. for 36 hours with a box-type dryer. Next, the dried product was pulverized with a roll mill.
[0062]
<Second step>
The pulverized product after the first step was placed in a shuttle kiln and baked at 1100 ° C. for 20 hours. Next, the fired product was pulverized with a roll mill and further pulverized with a jet mill to obtain a baked product. The obtained fired product was analyzed with a fluorescent X-ray analyzer, and TiO 2 34.3% by weight, BaO; 65.4% by weight. It was confirmed that the fired product obtained by the X-ray diffraction method was barium titanate. The average particle size x, BET specific surface area, and particle size variation σ / x were determined for the fired product. The results are shown in Table 1.
[0063]
Example 6
<First step>
Barium chloride (BaCl) is added to 500 L of demineralized water. 2 ・ 2H 2 O) After dissolving 110.0 kg, a solution obtained by mixing and dispersing 36.3 kg of titanium dioxide fine powder (Toho Titanium Co., Ltd., product name: HT1701, average particle size 0.34 μm) was designated as Liquid A. On the other hand, B solution was prepared by dissolving 60.9 kg of sodium oxalate in 500 L of demineralized water. Next, A liquid was supplied to the bead mill apparatus set to the same conditions as Example 1 with the flow volume of 500 ml / min, B liquid was further supplied to the bead mill apparatus with the flow volume of 500 ml / min, and reaction was performed at 50 degreeC. . Next, the precipitate collected by filtration with a filter press was washed with about 1000 L of demineralized water, and then dried at 120 ° C. for 36 hours with a box-type dryer. Next, the dried product was pulverized with a roll mill.
[0064]
<Second step>
The pulverized product after the first step was placed in a shuttle kiln and baked at 1100 ° C. for 20 hours. Next, the fired product was pulverized with a roll mill and further pulverized with a jet mill to obtain a baked product. The obtained fired product was analyzed with a fluorescent X-ray analyzer, and TiO 2 It was confirmed that the fired product having a composition of 34.3% by weight and BaO; 65.5% by weight and obtained by the X-ray diffraction method was barium titanate. The average particle size x, BET specific surface area, and particle size variation σ / x were determined for the fired product. The results are shown in Table 1.
[0065]
Example 7
<First step>
Barium hydroxide (Ba (OH)) was added to 500 L of demineralized water. 2 ・ 8H 2 O) After dissolving 14.2 kg, titanyl sulfate (TiSO), which is an intermediate product in the production of sulfuric acid method titanium dioxide 4 ) Titanium hydrate or metatitanic acid (TiO (OH)) produced by hydrolysis of 2 4.4 kg (TiO 2 A liquid corresponding to 3.6 kg in terms of conversion and having an average particle diameter of 0.5 μm was mixed and dispersed. Next, liquid A was supplied at a flow rate of 500 ml / min to the bead mill apparatus set under the same conditions as in Example 1, and further carbon dioxide gas was supplied to the bead mill apparatus at a flow rate of 1.6 L / min and reacted at 20 ° C. Went. Next, the precipitate collected by filtration with a filter press was washed with about 1000 L of demineralized water, and then dried at 120 ° C. for 20 hours with a box dryer. Next, the dried product was pulverized with a roll mill.
[0066]
<Second step>
The pulverized product after the first step was placed in a shuttle kiln and baked at 1100 ° C. for 20 hours. Next, the fired product was pulverized with a roll mill and further pulverized with a jet mill to obtain a baked product. The obtained fired product was analyzed with a fluorescent X-ray analyzer, and TiO 2 34.3% by weight, BaO; 65.4% by weight. It was confirmed that the fired product obtained by the X-ray diffraction method was barium titanate. The average particle size x, BET specific surface area, and particle size variation σ / x were determined for the fired product. The results are shown in Table 1.
[0067]
Example 8
Barium chloride (BaCl) is added to 500 L of demineralized water. 2 ・ 2H 2 O) 102.0 kg, calcium chloride (CaCl · 2H) 2 O) 5.24 kg, manganese chloride (MnCl 2 ・ 4H 2 O) 2.34 kg, bismuth chloride (BiCl 3 ) After dissolving 3.52 kg, a solution obtained by mixing and dispersing 36.2 kg of fine powder of titanium dioxide (Toho Titanium Co., Ltd., product name: HT1701, average particle size 0.34 μm) was designated as Liquid A. On the other hand, a solution obtained by dissolving 36.8 kg of 25% aqueous ammonia and 44 kg of ammonium bicarbonate in 500 L of demineralized water was designated as solution B. Next, A liquid was supplied to the bead mill apparatus set to the same conditions as Example 1 with the flow volume of 500 ml / min, B liquid was further supplied to the bead mill apparatus with the flow volume of 500 ml / min, and reaction was performed at 50 degreeC. . Next, the precipitate collected by filtration with a filter press was washed with about 1000 L of demineralized water, and then dried at 120 ° C. for 36 hours with a box-type dryer. Next, the dried product was pulverized with a roll mill.
[0068]
<Second step>
The pulverized product after the first step was placed in a shuttle kiln and baked at 1100 ° C. for 20 hours. Next, the fired product was pulverized with a roll mill and further pulverized with a jet mill to obtain a baked product. When the obtained fired product was analyzed with a fluorescent X-ray analyzer, BaTiO was used. 3 91.9% by weight, CaTiO 3 4.85% by weight, MnO 2 0.65% by weight, Bi 2 O 3 A composition of 2.6% by weight. The average particle size x, BET specific surface area, and particle size variation σ / x were determined for the fired product. The results are shown in Table 1.
[0069]
[Table 1]
Figure 0004256117
[0070]
Comparative Examples 1-3
BET specific surface area is 8.2m 2 / G, 12.3m 2 / G of two types of commercially available BaCO 3 Powder and BET specific surface area of 7.7m 2 / G, 18.4m 2 / G of two commercially available TiO 2 Powder was prepared. Next, BaCO 3 And TiO 2 These raw material powders were weighed so that the molar ratio was 1: 1. Next, BaCO shown in Table 2 3 And TiO 2 In a ball mill together with water and zirconia balls (1.5φ) and thoroughly mixed for 15 hours in a wet manner. The resulting slurry was placed in a dryer and dried at 150 ° C. to obtain a mixed powder. . Next, the dried product was pulverized with a roll mill. This pulverized product was placed in a shuttle kiln and baked at 1100 ° C. for 24 hours. Next, the fired product was pulverized with a roll mill and further pulverized with a jet mill to obtain a baked product. It was confirmed that the fired product obtained by the X-ray diffraction method was barium titanate. The average particle size x, BET specific surface area, and particle size variation σ / x were determined for the fired product. The results are shown in Table 2.
[0071]
[Table 2]
Figure 0004256117
[0072]
From the results of Tables 1 and 2, it can be seen that the titanium-based perovskite ceramic raw material powder obtained by the production method according to the present invention is fine and has very little variation in particle size distribution.
[0073]
【The invention's effect】
According to the method for producing a titanium-based perovskite ceramic raw material powder according to the present invention, it is possible to obtain a fine powder having extremely small variation in particle size distribution. The titanium-based perovskite-type ceramic raw material powder can be suitably used for functional ceramics, particularly ceramic sheets that require thinning.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram schematically showing an example of a bead mill apparatus.
[Explanation of symbols]
1 Bead mill equipment
1a Rotating tube (vessel)
1b Stir blade
1c Zirconia beads
1d media separator
1e Stirring blade drive
1f, 1g inlet
1h outlet
2 First raw material storage tank
3 Second raw material storage tank
4 Product storage tank
P1, P2 pump

Claims (4)

酸化チタン又は含水酸化チタンから選ばれ、配合量がTiに換算して0.01〜3モル/Lであるチタン化合物(a)と、Ca、Ba、Sr及びPbからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素の可溶性金属塩(b)と、該可溶性金属塩(b)と反応して難溶性金属化合物(d)を生成する沈澱剤(c)と、粒径が0.05〜10mm且つ反応装置内の充填率が40〜95%である粒状媒体(f)とを、水中において粒状媒体(f)が高速で流動する状態で接触させて沈澱物(e)を得る第一工程と、該沈澱物(e)を焼成しチタン系ペロブスカイト型セラミック原料粉末を得る第二工程とを含むことを特徴とするチタン系ペロブスカイト型セラミック原料粉末の製造方法。At least one selected from the group consisting of titanium compound (a) selected from titanium oxide or hydrous titanium oxide and having a compounding amount of 0.01 to 3 mol / L in terms of Ti, and Ca, Ba, Sr and Pb. A soluble metal salt (b) of a seed element, a precipitant (c) that reacts with the soluble metal salt (b) to form a hardly soluble metal compound (d), a particle size of 0.05 to 10 mm and a reaction A first step of obtaining a precipitate (e) by contacting a granular medium (f) having a filling rate of 40 to 95% in the apparatus in a state where the granular medium (f) flows at high speed in water; And a second step of firing the precipitate (e) to obtain a titanium-based perovskite-type ceramic raw material powder, and a method for producing a titanium-based perovskite-type ceramic raw material powder. 前記チタン化合物(a)の配合量が、Tiに換算して0.1〜3モル/Lであることを特徴とする請求項1記載のチタン系ペロブスカイト型セラミック原料粉末の製造方法。The method for producing a titanium-based perovskite ceramic raw material powder according to claim 1, wherein the compounding amount of the titanium compound (a) is 0.1 to 3 mol / L in terms of Ti. 前記沈澱剤(c)が、炭酸水素アンモニウム、炭酸アンモニウム、炭酸ナトリウム、二酸化炭素、シュウ酸、シュウ酸アンモニウム、クエン酸、クエン酸ナトリウム、クエン酸アンモニウム、酒石酸、酒石酸ナトリウム及び酒石酸アンモニウムからなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物であることを特徴とする請求項1又は2記載のチタン系ペロブスカイト型セラミック原料粉末の製造方法。The precipitant (c) is selected from the group consisting of ammonium bicarbonate, ammonium carbonate, sodium carbonate, carbon dioxide, oxalic acid, ammonium oxalate, citric acid, sodium citrate, ammonium citrate, tartaric acid, sodium tartrate and ammonium tartrate. 3. The method for producing a titanium-based perovskite-type ceramic raw material powder according to claim 1 or 2, wherein the at least one compound is selected. 前記第一工程における接触処理を、希土類元素、Bi、Zn、Mn、Al、Co、V、Nb、Ni、Cr、Fe、Mg及びSiからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素の可溶性化合物(g)の存在下で行うことを特徴とする請求項1〜3いずれか1項記載のチタン系ペロブスカイト型セラミック原料粉末の製造方法。The contact treatment in the first step is a soluble compound of at least one element selected from the group consisting of rare earth elements, Bi, Zn, Mn, Al, Co, V, Nb, Ni, Cr, Fe, Mg, and Si ( The method for producing a titanium-based perovskite ceramic raw material powder according to any one of claims 1 to 3, wherein the production is performed in the presence of g).
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